中学生物/目录/细胞生活的环境

所有的生命系统都存在于一定的环境中，与环境之间不断进行着物质和能量的交换。细胞作为最基本的生命系统，也是如此。

生活在水中的单细胞生物，可以直接从水里获取生存所必需的养料和氧，并把废物直接排入水中。这些单细胞生物只能在水环境中生活，如果水体干涸，他们就会休眠或者死亡。

组成我们机体的绝大多数细胞没有直接与外界环境接触，不能直接与外界环境进行物质交换。这些细胞直接生活的环境是什么呢？

体内细胞生活在细胞外液中

Template:Multiple image Template:Aside 人体内都含有大量以水为基础的液体，这些液体统称为体液。

体液中含有大量的水。成年男性体内含水量大约是体重的60%，成年女性体内含水量大约是体重的50%。出生一天的婴儿，体内含水量大约是体重的79%。

体液中除含有大量的水以外，还含有许多离子和化合物。

体液可以分为两大部分：存在于细胞内的部分，叫做细胞内液，约占体液的2/3；存在于细胞外的部分，叫做细胞外液，约占体液的1/3。细胞外液主要包括组织间隙液、血浆和淋巴液。

细胞间隙液，简称组织液，是存在于组织细胞间隙的液体。例如，手脚有时磨出的“水泡”，其中的液体主要是组织液。绝大多数组织的细胞都浸于在组织液中，与组织液进行物质交换，因此，组织液是体内绝大多数细胞直接生活的环境。组织液为组织细胞提供营养物质，细胞的代谢产物也透过细胞膜进入组织液。组织液中包括细胞代谢产物在内的各种物质，大部分能够被毛细血管的静脉端重新吸收，进入血浆；小部分被毛细淋巴管吸收，成为淋巴液。

血浆是血细胞直接生活的环境。动脉中血浆沿动脉流入毛细血管的动脉端，其中的许多物质会透过毛细血管壁进入组织液。

淋巴液，简称淋巴。毛细淋巴管内的淋巴汇集到淋巴管中，经过淋巴循环，由左右锁骨下静脉汇入血浆中，进入心脏，参与全身的血液循环。淋巴中混悬着大量的淋巴细胞和吞噬细胞等，可以协助机体抵御疾病，对这些细胞来说，淋巴就是他们直接生活的环境。

由此可见，体液的各个部分既是彼此隔开的，又是相互联系的。血浆、组织液和淋巴通过动态的有机联系，共同构成了机体内细胞生活的直接环境。为了区别个体生活的外界环境，人们把由细胞外液构成的液体环境叫做内环境。显然地，体内的细胞只有通过内环境，才能与外界进行物质交换。

假如将你身体的一个细胞或一块组织拿到体外，如果不提供特殊的环境条件，它很快就会死亡。而在内环境中，体内细胞却能正常地生活。内环境与外界环境有哪些差别呢？

拓展知识：组织液和淋巴的生成和回流

组织液是血浆经过毛细血管壁在毛细血管动脉端生成的，它在毛细血管的静脉端被重吸收，少量进入毛细淋巴管，形成淋巴。在正常情况下，组织液不断地生成，又不断地被重吸收回血液，始终保持着动态平衡，血量和组织液量维持相对稳定。决定血浆液体成为组织液的有四个因素：毛细血管血压、组织液静水压、血浆胶体渗透压和组织液胶体渗透压。其中，毛细血管血压和组织液胶体渗透压是促使血浆滤过（组织液形成）的因素，而血浆胶体渗透压和组织液静水压是促使组织液重吸收回血液的因素，滤过的力量和重吸收的力量之差称为有效滤过压。如果整根毛细血管的有效滤过压均为正值，则只有滤过而无重吸收，否则相反。决定有效滤过压的各种因素的变化及毛细血管通透性的变化都可以影响组织液生成。

组织液进入淋巴管，即成为淋巴。流经毛细血管的血浆，有0.5%～2%在动脉端进入组织间隙，成为组织液，其中约90%在静脉端被重吸收回血液，其余约10%进入毛细淋巴管，生成淋巴。组织液与淋巴的压力差是促使液体进入淋巴管的动力。因此，任何使组织液压力升高的因素都能加快淋巴的生成速度。毛细淋巴管汇合成淋巴管，全身的淋巴经淋巴管收集，最后导入静脉（回流入血液循环）。淋巴管壁的收缩及其中的瓣膜能推动淋巴回流，淋巴管周围组织对淋巴管的压迫也能增加淋巴的回流量。另外，凡能增加淋巴生成的因素也都能增加淋巴的回流量。淋巴的回流具有重要的意义，它可以回收血浆丧失的蛋白质、调节血浆和组织液之间的液体平衡、运输脂肪及其他营养物质，还具有防御和免疫功能。

细胞外液的成分

Template:Aside 细胞外液中含有哪些化学成分呢？下面以血浆的化学成分为例，来进行探讨。

科学家用化学分析的方法，测得人体血浆化学组成的平均值如下：

成分	含量(%)	成分	含量(%)
水	90.7	卵磷脂	0.2
血清白蛋白	4.4	胆固醇	0.22
血清球蛋白	2.1	$\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}^{+}$	0.38
纤维蛋白原	0.4	$\mathrm{K}{\phantom{A}}^{+}$	0.02
氨基酸氮	0.005	$\mathrm{C}\mathrm{a}{\phantom{A}}^{\text{2+}}$	0.01
尿素氮	0.012	$\mathrm{M}\mathrm{g}{\phantom{A}}^{\text{2+}}$	0.0035
其他非蛋白氮	0.025	$\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}^{\text{2+}}$	0.0001
葡萄糖	0.08	$\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}^{-}$	0.36
乳酸	0.025	$\mathrm{H}\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{\text{2-}}$	0.01
各种脂肪酸	0.38	$\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{\text{2-}}$	0.001
脂肪	0.14	$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}$	0.17

其中，非蛋白氮是非蛋白质类含氮化合物的总称，是蛋白质代谢的产物，包括尿素、肌酸、肌酐、氨基酸、多肽、胆红素和氨等。

可以看出，血浆中约90%为水；其余10%分别是无机盐（约1%）、蛋白质（7%~9%），以及血液运送的物质——各种营养物质（如葡萄糖）、各种代谢废物、气体、激素等。

组织液、淋巴的成分和含量与血浆相近但又不完全相同，最主要的差别在于血浆中含有较多的蛋白质，而组织液和淋巴中蛋白质含量很少。

组织液是血浆经过毛细血管滤过而形成的，其中各种离子成分与血浆相同，也存在各种血浆蛋白，但其浓度明显低于血浆；组织液中的物质进入毛细淋巴管，就成为淋巴，因此淋巴的成分与组织液类似。与血浆相比，淋巴中水分的含量明显较多，另外，由肠道吸收的脂肪绝大部分是经过淋巴而进入血液的。

概括地说，细胞外液本质上是一种盐溶液，类似于海水。这在一定程度上反映了生命起源于海洋。

细胞外液的渗透压和酸碱度

Template:Aside 你已经知道，将红细胞放在清水或浓度很低的溶液中，细胞会由于吸水过多而破裂，将红细胞放在浓度较高的溶液中，细胞会由于失水过多而死亡。此外，在过酸、过碱或温度过高、过低的条件下，细胞也不能正常生活。在细胞外液中，细胞会出现这种情况吗？

这就要分析细胞外液的理化特性。渗透压、酸碱度和温度是细胞外液理化性质的三个主要方面。

所谓渗透压，简单地说，是指溶液中溶质微粒对水的吸引力。溶液渗透压的大小取决于溶液物质的量浓度：溶液物质的量浓度越大，对水的吸引力越大，溶液渗透压越高；反过来，溶液物质的量浓度越低，溶液渗透压越低。血浆渗透压的大小主要与无机盐、蛋白质的含量有关。组成细胞外液的各种无机盐离子中，含量上占有明显优势的是$\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}^{+}$和$\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}^{-}$。在37℃时，人的血浆渗透压约为770kPa，相当于细胞内液的渗透压。所以，细胞可以直接与内环境进行物质交换。

正常人的血浆接近中性，pH为7.35~7.45。血浆的pH之所以能够保持稳定，与它含有$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}$、$\mathrm{H}\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{\text{2-}}$等离子有关。

人体细胞外液的温度一般维持在37℃左右。

拓展知识：渗透压的计算

渗透压是溶液的一个重要性质，凡是溶液都有渗透压。对于稀溶液来说，其计算公式为$\pi =cRT$，其中$\pi$为溶液渗透压（单位mOsm/L），$c$为溶液中溶质的浓度（单位mmol/L），$R$是理想气体常数，$T$为热力学温度。由公式可以看出，渗透压只与单位体积中溶质的分子或离子个数有关，而与其大小无关，比如0.3mol/L的葡萄糖溶液与0.3mol/L蔗糖溶液的渗透压是相同的，而0.3mol/L的氯化钠溶液的渗透压约是0.3mol/L的葡萄糖溶液的渗透压的两倍。

正常人血浆中总渗透压约为300mOsm/L，于37 ℃时相当于770kPa。血浆渗透压主要来自于各种离子（血浆中非电解质如葡萄糖、尿素等含量较少，仅相当于5mOsm/L左右），它们形成的渗透压约为295mOsm/L，称为血浆晶体渗透压。血浆中虽然含有大量蛋白质，但蛋白质分子量大，所产生的渗透压很小，不超过1.5mOsm/L，称为血浆胶体渗透压。临床上规定血浆总渗透压正常范围为280～320mOsm/L。如果溶液的渗透压在这个范围之内，称为血浆的等渗溶液；小于此范围的溶液则为低渗溶液；大于此范围的溶液则为高渗溶液。

内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介

Template:Aside 细胞作为一个开放系统，可以直接与内环境进行物质交换：不断获取进行生命活动所需要的物质，同时有不断排出代谢产生的废物，从而维持细胞正常的生命活动。这种物质交换过程，需要体内各个器官、系统的参与，同时，细胞和内环境之间也是相互影响、相互作用的。细胞不仅依赖于内环境，也参与了内环境的形成和维持。